水肥一体化技术在北京市设施农业中的应用与思考.pdf

第 10 卷 第 4 期 农 业 工 程 Vol 10 No 4 2020 年 4 月 Agricultural Engineering Apr 2020 收稿日期 2020 02 01 修回日期 2020 03 23 作者简介 苏秋芳 硕士 经济师 研究方向 农业领域经济 技术等 E mail 1536470949 qq com 在线投稿 www d1ae com 水肥一体化技术在北京市设施农业中的应用与思考 苏秋芳 北京市农业农村局宣传教育中心 北京 100029 摘 要 水肥一体化技术在设施农业的发展中具有重要作用 在介绍水肥一体化技术发展的基础上 分析水肥一体化 技术在北京市设施农业中的应用现状 提出水肥一体化技术进一步应用的思考 以期对科研人员 设施农业生产人员 和相关人员具有一定的借鉴意义 关键词 水肥一体化 设施农业 节水农业 节水灌溉 北京市 中图分类号 S224 4 文献标识码 A 文章编号 2095 1795 2020 04 0096 05 Application and Thinking of Water and Fertilizer Integration Technology in Beijing Facility Agriculture SU Qiufang Publicity and Education Center Beijing Agricultural and ural Bureau Beijing 100029 China Abstract Water and fertilizer integration technology plays an important role in development of facility agriculture Based on in troduction of development of water and fertilizer integration technology application status of water and fertilizer integration tech nology in Beijing facility agriculture were analyzed and thinking of further application of water and fertilizer integration technolo gy was put forward with a view to providing reference for scientific researchers facility agricultural production personnel and relevant personnel Keywords water and fertilizer integration facility agriculture water saving agriculture water saving irrigation Beijing city 0 引言 水分和肥料是作物生长不可缺少的基础条件 充 分利用两者间的交互协同作用 对于促进我国农业可 持续发展具有重要意义 我国是农业大国 农业用水 所占比例较高 但我国水资源短缺 且时空分布不 均 污染及浪费严重 水资源供需矛盾日益加剧 以 北京市为例 2017 年北京市农业用水量 5 1 亿 m 3 占全市用水量的 12 9 农业生产用水中 耕地灌 溉用水量为 318 77 万 m 3 占比 63 而耕地灌溉用 水中 设施农业用水量为 134 33 万 m 3 占比 42 肥料对于农业生产具有重要意义 可以提高土壤肥 力 从而提高农作物产量和品质 但传统农业中由于 长时间不合理施肥 大水漫灌 过量施肥现象比较普 遍 也严重破坏了土壤正常结构 造成了土壤板结 环境污染等许多不良影响 且肥料的利用率也偏低 将节水灌溉及按需供肥相结合的水肥一体化技术是实 现水肥同步管理 高效利用的一项新型现代农业技 术 在节水节肥 提质增效和改善农田环境等方面作 用显著 设施农业 是在环境相对可控条件下 采用工程 技术手段 进行动植物高效生产的一种现代农业方 式 1 设施农业是现代农业发展的重要引擎 是提 高农业生产力的重要手段 水肥一体化技术在设施农 业的发展中具有重要作用 本文在介绍水肥一体化技 术发展的基础上 着重分析水肥一体化技术在北京市 设施农业中的应用现状 提出水肥一体化技术进一步 应用的思考 以期对科研人员 设施农业生产人员和 相关人员具有一定的借鉴意义 1 水肥一体化技术概述 水肥一体化技术是将灌溉与施肥融为一体的农业 新技术 它是将可溶性固体肥料或液体肥料 按照一 定的比例与灌溉水混在一起 通过特殊的管网及施肥 设备 将肥料随水流送达作物的根部 水肥一体化技 术可以根据每种农作物在不同生长阶段所需的水分和 养分的不同 调配出能够满足农作物生长所需最适宜 的养分含量 在适宜的时间段内进行适量的灌溉 这 苏秋芳 水肥一体化技术在北京市设施农业中的应用与思考 样既可以提高水资源利用效率 避免传统农业中大水 漫灌造成的水资源浪费 同时也可以提高肥料的利用 效率 避免传统施肥过程中造成的肥料浪费 土壤板 结和环境污染等众多不良现象 以色列是最早研究和应用水肥一体化灌溉系统的 国家 20 世纪 60 年代初 以色列开始发展和普及水 肥一体化灌溉施肥技术 而我国水肥一体化技术最初 发展可从 1974 年引进墨西哥的滴灌设备算起 1981 年 我国在引进国外先进工艺的基础上 自行研制生 产出首台成套的滴灌设备 自此 我国自制灌溉设备 开始实现大规模生产 2 近些年 国家出台了一系 列的政策 如 农业部关于推进节水农业发展的意 见 到 2020 年化肥使用量零增长行动方案 国家 农业节水纲要 2012 2020 国家节水行动方案 水肥一体化技术指导意见 水肥一体化技术规范 总则 和 推进水肥一体化实施方案 2016 2020 年 等 推动了水肥一体化技术的快速发展 在设施农业中 可通过控制环境温度 水分 光 照和土壤等因素 为农作物的生长提供最适宜的环 境 从而提高农作物的产量和品质 由于设施农业的 特殊性 水肥一体化技术逐渐成为设施农业重要的组 成部分 如何更好地利用水肥一体化技术来提高设施 农业的生产效率和经济效益已经成为研究的重点和关 注的焦点 沈建国等 3 以常规施肥为对照 连续两 年在化肥总养分减少 30 的条件下比较 2 种水肥一 体化模式 半程水肥一体化模式和全程水肥一体化 模式 对浙江杭嘉湖地区春大棚辣椒产量和效益的 影响 结果表明 与常规的穴施追肥相比 减量施肥 的 2 种水肥一体化模式均促进了春大棚辣椒的生长 有效提高产量 效益和品质 蔡苗等 4 以设施番茄 品种 普罗旺斯 为试材 以农户常规管理的大水 冲施肥料为对照 采用田间试验的方法 研究在水肥 一体化滴灌条件下肥料和灌溉水量均减量处理对番茄 植株生长 产量和果实品质的影响 结果表明 与农 户常规施肥灌溉管理相比 水肥一体化处理的氮 磷 钾总施肥量降低了 40 6 总灌溉水量减少了 25 3 而产量显著提高了 9 0 生产力是 CK 的 1 8 倍 李友丽等 5 分析使用自主研发的 AWF 型水 肥一体化装备自动灌溉施肥对叶用莴苣生长和灌溉水 生产效率的影响 结果表明 水肥自动管理下 3 茬叶 用莴苣的产量比常规管理分别增产 25 00 54 75 和 11 76 灌溉水总量分别减少了 23 84 21 71 和 28 91 灌溉水生产效率分别 提高了 64 13 97 65 和 57 24 计算机技术和各种传感设备的快速发展推动了物 联网技术的发展 水肥一体化技术也从最初简单地将 水和肥混合在一起提供给农作物 而向着智能化 信 息化和精细化方向发展 智能化的水肥一体化技术可 以利用信息技术与物联网技术构建水肥一体化平台 在充分了解不同农作物在不同生长阶段的需水需肥规 律的基础上 通过各种传感设备 了解农作物所处的 环境参数 土壤养分状况和作物长势情况等 通过控 制系统的分析处理 按照实际情况调配养分含量 制 定适宜的灌溉制度 定时 定量地提供给农作物所需 的水分和养分 该过程可实现自动化运行 无需人工 干预 可达到省时省力 节水节肥的效果 骆东松 等 6 设计了农业水肥一体化智能监控系统 该系统 由农业信息采集系统 水肥调控系统 Web 远程监 控系统和数据信息中心组成 用户可通过网页对农田 灌溉 土壤温湿度 土壤张力和气象环境等的远程智 能监测 制定灌溉任务和控制系统作业的启停 从而 达到节水灌溉与远程施肥的目的 林佳福 7 设计了 设施蔬菜高效栽培物联网系统 该系统利用监测设备 感知蔬菜栽培过程中的墒情气象 基地环境数据及相 关视频图像 通过无线或有线信息流传输通道传送到 中心控制平台 中心控制平台运用蔬菜高效栽培模 型 专家决策模型和图形处理与挖掘技术 实现设施 蔬菜栽培过程中的水肥一体化滴灌控制 智能自动控 制和质量安全追溯 2 北京市设施农业现状 北京市乡村振兴战略规划 2018 2022 年 中指出北京将实施农业高质量发展行动 持续推进全 市农业供给侧结构性改革和都市型现代农业转型升 级 北京市将提升 菜篮子 生产基地 加快菜田 信息技术装备配套 推广设施农业现代化生产方式 发展绿色优质高效蔬菜生产 建设一批高档次 高质 量 高效益 具有北京特色的设施农业基地 加强农 业面源污染防治 开展测土配方施肥 推广水肥一体 化技术和精准施肥技术 持续推动都市型现代农业发 展 做精做优特色优势产业 加快推进国家现代农业 示范区建设 8 2007 2018 年北京市设施农业总体情况如图 1 所示 9 从图 1 可以看出 北京市设施农业播种面积 基本保持在 3 万 hm 2 以上 2015 年播种面积最高达 到 41 088 hm 2 2018 年播种面积为 32 324 hm 2 2013 年设施农业收入最高达 57 3 亿元 2018 年收入为 51 7 亿元 2018 年北京市各区设施农业生产情况如表 1 所 示 10 从表 1 可以看出 大兴区的设施农业发展在 全市各区中占有重要地位 其播种面积占全市的 3 7 9 总收入占全市的 23 2 设施蔬菜及食用 79 农业工程 农学与生物技术 图 1 2007 2018 年北京市设施农业总体情况 Fig 1 Overall situation of facility agriculture in Beijing from 2007 to 2018 菌产量占全市的 30 8 设施瓜果产量占全市的 50 9 在设施农业中 设施蔬菜 食用菌和瓜果的 生产占有较高的比例 2018 年北京市设施蔬菜及食 用菌 产 量 达 958 410 6 t 设施瓜果的产量达 137 833 9 t 在一定程度上保证了北京市居民的 菜 篮子 表 1 2018 年北京市各区设施农业生产情况 Tab 1 Facilities agricultural production in Beijing in 2018 各区 设施农业播种 面积 hm 2 设施农业总收入 万元 设施蔬菜及 食用菌产量 t 设施瓜果 产量 t 全市 32 323 6 517 295 6 958 410 6 137 833 9 大兴区 12 259 4 120 034 5 295 411 3 70 101 4 顺义区 5 760 9 95 980 1 198 577 1 52 043 9 通州区 5 487 9 92 001 0 198 685 3 3 986 1 房山区 3 682 2 61 964 9 115 395 6 344 0 密云区 1 384 3 44 991 6 59 200 1 582 4 平谷区 1 049 3 201 67 1 28 725 0 1 896 1 昌平区 986 1 46 342 4 22 718 9 6 341 9 延庆区 777 4 18 323 8 22 991 4 1 551 8 海淀区 518 0 5 865 1 9 492 5 617 6 怀柔区 201 2 4 503 2 4 277 7 317 4 丰台区 133 0 5 267 0 1 360 6 20 9 朝阳区 76 2 1 807 1 1 513 8 30 4 门头沟区 7 7 48 1 61 3 2018 年主要设施农业产品生产情况如表 2 所 示 9 从表 2 可以看出 北京市大部分的设施农业生 产都具有一定的规模 以温室和大棚为主 中小棚的 占比较小 表 2 2018 年北京市主要设施农业产品生产情况 Tab 2 Production of main facilities agricultural products in Bei jing in 2018 项目 设施农业播种 面积 hm 2 设施农业 产量 t 设施农业 收入 万元 蔬菜及 食用菌 温室 14 865 0 549 552 7 247 684 6 大棚 10 547 7 372 609 2 107 565 2 中小棚 1 387 9 36 248 7 11 870 9 瓜果类 温室 820 5 18 389 6 53100 1 大棚 2 204 7 107 133 7 36 049 5 中小棚 283 4 12 310 6 3 427 6 3 水肥一体化技术应用现状 3 1 总体情况 北京市水肥一体化技术大致经历了 3 个发展阶 段 第 1 阶段是 2000 2008 年 将肥料溶化随水施 用 实现了水肥一体化 但缺乏精准的灌溉施肥制 度 灌溉系统 施肥设备和专用水溶肥料等 第 2 阶 段是 2009 2014 年 灌溉施肥产品有了较大改进 如可调比例文丘里施肥器 全水溶滴灌专用肥等 开 展了固定茬口设施蔬菜的灌溉施肥制度研究 但以人 工操作和决策为主 缺乏智能的灌溉决策系统 第 3 阶段是 2015 年至今 水肥一体化技术朝着智能化 精准化方向发展 如今 北京市超过半数的规模化农 业园区实现了智能化 精准化水肥灌溉 水肥一体化智能灌溉施肥技术关键核心的装置是 灌溉施肥控制设备 近年来 北京市通过引进国外先 进施肥机 自主研发轻简式智能施肥机及简易灌溉控 制器 有效提高水肥资源利用率 节约水肥资源 并 且能提高作物产量和品质 实现农业数字化 智能 化 自动化和现代化 国外智能设备技术门槛较高 操作复杂 同时成 本也相对较高 主要应用对象为生产规模较大的园 区 针对北京市生产经营现状 北京市农业技术推广 站自主研发了轻简式智能施肥机 低成本 易操作 受到农户欢迎 该施肥机内部嵌入了依据光辐射开发 的水肥管理系统 可以根据光照的强弱控制灌溉施 肥 实现智能管理 为了降低技术门槛 施肥机采用 傻瓜化 设计 操作简单 节约水肥效果明显 果 实品质也大幅提高 目前 该设备已在北京市昌平 区 顺义区和房山区等地进行了推广使用 实现了增 产提质的效果 以番茄种植为例 使用该套设备 与 农户常规管理相比 可实现节水 1 710 m 3 hm 2 节肥 840 kg hm 2 果实糖酸比提高 18 番茄红素提高 11 节本提质增效明显 此外 还自主研发出简易 灌溉控制器 界面由旋钮和按键组成 操作简单 可 以实现 4 个区组阀门控制 成本低廉 有利于推动农 业自动化的发展 2019 年 北京农业智能装备技术研究中心完成 了果菜创新团队房山综合试验站日光温室群水肥一体 化集中管控系统设备的安装 并将尾菜废弃物处理资 源化利用装备与水肥一体化系统连接 该系统可实现 试验站温室生产的废弃物好氧发酵液化处理与灌溉利 用 以及日光温室群水肥灌溉管控 故障警示和其他 农事管理的一体化 集中化 既可提高废弃物回收利 用效率 又有效提高水肥管理效率 利于节本增效和 生态循环农业发展 89 苏秋芳 水肥一体化技术在北京市设施农业中的应用与思考 大兴区的设施农业发展对于促进北京市设施农业 整体发展具有重要意义 2017 2018 年 大兴区开 展了设施蔬菜水肥一体化技术示范项目 引进示范了 多种水肥一体化技术类型 目前技术应用的成效显 著 提升了大兴区设施蔬菜生产节水节肥技术水平 截至 2018 年 大兴区设施蔬菜水肥一体化技术示范 面积已达 46 7 hm 2 新技术应用面积稳步提升 为 满足蔬菜生产型园区 农民专业合作社和农户等多种 类型的蔬菜生产者需求 累计引进示范了 8 种不同类 型的智能水肥一体化设备 研究总结出不同模式下的 水肥一体化技术生产经验 对该项技术的进一步推广 应用起到了促进作用 另外 大兴区还定期开展有针 对性的专题培训 田间观摩或实操培训 及时解决技 术应用过程中遇到的难题 3 2 蔬菜穴盘育苗 北京市于 2017 年开始研究蔬菜潮汐式育苗水肥 一体化技术设施设备 通过水肥一体化控制系统 循 环管路系统的配套使用 由软件程序控制潮汐式育苗 水流和营养液配比等 能非常精确地对不同类别蔬菜 苗所需肥液进行配比 定时定量地进行灌溉 由于底 部供液 基质水肥供给均匀 快速 精准和高效 与 顶部洒水灌溉相比 潮汐灌溉处理的植株生长势强 壮苗指数高 可节水 24 0 33 72 且灌溉效率 高 可节约用工 27 95 同时 控制苗床的上水和 回水速度 使营养液快进快排 减少基质的吸水量 保持叶片干燥 可降低幼苗受病原菌侵害的概率 减 少农药的使用 实现节水 减肥和减药 11 2019 年 全市采用潮汐式育苗方式 共计生产蔬菜种苗 156 万株 可供 27 hm 2 设施生产 3 3 番茄种植 2017 年北京市农业技术推广站在京郊开展高品 质番茄基质化栽培试验 示范与推广工作 在全市示 范推广优新番茄品种 采用槽式基质栽培 通过应用 水肥一体化 环境调控 密度控制 植株调整和绿色 病虫害防治技术的综合应用 集成了京郊高品质番茄 基质化栽培技术体系 2018 年 在全市共建立高品 质番茄基质化栽培示范点 15 个 分布在大兴区 密 云区 昌平区和延庆区等地 总面积 16 2 hm 2 目 前 示范点番茄可溶性糖度达 8 以上 最高达 13 且风味突出 平均产量达 45 t hm 2 平均售价 30 元 kg 产值可达 135 万元 hm 2 较普通生产效益 提高 30 以上 12 3 4 生菜种植 据统计 京郊设施生菜面积约 0 29 万 hm 2 占 据北京设施蔬菜播种面积第 1 位 有 京城第 1 叶 菜 之称 通过水肥一体化技术优化 生菜净菜平 均产量达到 48 026 kg hm 2 较常规灌溉施肥增产 7 3 平均增收节支 2 25 万元 hm 2 较常规施肥减 肥 78 kg hm 2 纯量 以上 减肥率 21 3 节水 675 m 3 hm 2 以上 节水率 52 7 3 5 西瓜和甜瓜种植 在大兴庞各庄 顺义杨镇等产区示范推广的中果 型西瓜栽培中 采用全地膜覆盖 膜下微喷灌溉 并 配套集约化育苗技术 水肥一体化技术等 示范点平 均产量 79 658 kg hm 2 纯效益 12 15 万元 hm 2 较常 规种植模式高 2 6 万元 hm 2 辐射推广约 1 340 hm 2 总增收 3 480 万元 在春季大棚小型西瓜高效栽培示 范中 截止到 2019 年 7 月 25 日 16 个高产示范点平 均产量达到 63 t hm 2 采收两茬瓜合计 高于全市 52 5 t hm 2 的单产 最高产量达 86 4 t hm 2 采用水 肥一体化技术和地爬栽培 省工 60 个 hm 2 总省工 800 余个 在春大棚厚皮甜瓜高产高效栽培技术示范中 11 个高产示范点平均产量达 48 7 t hm 2 高于全市 41 7 t hm 2 的单产 比全市平均单产增加 16 8 采用水 肥一体化技术 化肥施用量比 2018 年减少 90 kg hm 2 水分用量比 2018 年减少 48 m 3 hm 2 节水节肥 效果显著 3 6 草莓种植 草莓作为高经济价值作物 在京郊种植面积呈现 逐渐增加的趋势 2017 年 北京市草莓生产面积 701 hm 2 总产量 1 24 万 t 水肥管理对于草莓产量和品 质具有极其重要的作用 目前京郊草莓基本上实现了 水肥一体化全覆盖 2018 2019 生产季 北京市农业技术推广站在 昌平建立草莓节水技术示范点 11 个 示范水肥一体 化技术 示范面积 0 44 hm 2 示范点平均用水 2 760 m 3 hm 2 较 2017 2018 生产季节水 465 m 3 hm 2 节 水 14 4 平均产量 31 4 t hm 2 每立方米水产出 11 4 kg 投入有机肥 26 8 t hm 2 每千克有机肥产出 草莓 1 8 kg 产 出 比 较 2017 2018 生 产 季 增 加 28 6 投入化肥总量 2 816 kg hm 2 其中底施 644 t hm 2 追施 2 172 t hm 2 每千克化肥产出草莓 17 7 kg 根据对 2016 2019 年连续 4 年的草莓节水监测 结果 草莓全生育期平均灌水 54 次 平均灌水量 3 135 m 3 hm 2 平均单次灌水量 3 9 m 3 平均日灌水 量 0 76 m 3 平均单株灌水量 0 027 m 3 4 水肥一体化技术进一步应用的思考 北京市设施农业已呈现规模化发展 对于保证北 京市蔬菜瓜果的供应具有重要意义 在全市农业生产 中也占有重要地位 水肥一体化技术作为一种节本增 99 农业工程 农学与生物技术 效的实用技术 改变了传统的灌溉施肥模式 在一定 程度上促进了北京市设施农业的快速发展 但从总体 发展水平看 目前北京市设施农业中应用的水肥一体 化技术和配套设备 大多为农业推广部门和科研院所 等进行试验示范 推广等项目配套 其落地和规模化 应用要考虑设备与技术是否容易接受和施用 因地制 宜的配套设备与技术模式才能真正落地 未来 水肥 一体化技术要与农业资源管理相结合 将农业废弃物 资源化利用 转化为肥料 实现生态循环 水肥一体 化技术要与土壤质量提升 土壤修复和农业减排相融 合 促进绿色发展 水肥一体化技术要向信息化 智 能化 自动化和精细化方向发展 在高效生产出更多 安全优质农产品的同时 推进农业绿色可持续发展 参考文献 1 杨其长 魏灵玲 刘文科 等 中国设施农业研究现状及发展 战略 J 中国农业信息 2012 11 22 27 2 蔡苗 吕爽 孙喜军 基于文献计量的我国水肥一体化研究分 析 J 农业技术与装备 2019 7 49 51 53 CAI Miao LV Shuang SUN Xijun Analysis on water and fertiliz er integration in China based on bibliometrics J Agricultural Technology Equipment 2019 7 49 51 53 3 沈建国 王忠 李丹 等 减量施肥后不同水肥一体化模式对春 大棚辣椒产量和效益的影响 J 中国蔬菜 2020 1 63 67 SHEN Jianguo WANG Zhong LI Dan et al Effect of different water and fertilizer integration models on yield and benefit of spring greenhouse pepper based on reductive fertilization J China Vege tables 2020 1 63 67 4 蔡苗 张荣 吕爽 等 水肥一体肥料减施对日光温室番茄生 长 产量及品质的影响 J 北方园艺 2020 44 3 48 53 CAI Miao ZHANG ong LV Shuang et al Effects of fertigation with fertilizer reduction on growth yield and quality of tomato in so lar greenhouse J Northern Horticulture 2020 44 3 48 53 5 李友丽 赵倩 代艳侠 等 水肥一体化自动管理对叶用莴苣生 长及灌溉水生产效率的影响 J 中国蔬菜 2018 8 44 50 LI Youli ZHAO Qian DAI Yanxia et al Effects of automatic management in integration of water and fertilizer on lettuce growth and production efficiency of irrigation water J China Vegetables 2018 8 44 50 6 骆东松 姜浩 农业水肥一体化智能监控系统的研究与实现 J 自动化技术与应用 2020 39 1 164 168 172 7 林佳福 设施蔬菜高效栽培物联网系统研究与应用 J 长江 蔬菜 2019 22 45 48 8 中共北京市委 北京市人民政府关于印发 北京市乡村振兴战 略规划 2018 2022 年 的通知 EB OL 2018 2018 12 30 http www beijing gov cn zhengce zhengcefagui 201905 t2019052 2 61747 html 9 北京市统计局 国家统计局北京调查总队 北京统计年鉴 2019 EB OL http 202 96 40 155 nj main 2019 tjnj zk in dexch htm 10 北京市统计局 国家统计局北京调查总队 北京区域统计年鉴 2019 EB OL http 202 96 40 155 nj qxnj 2019 zk index ch htm 11 芦晓春 北京引进开发蔬菜潮汐式育苗技术 N 农民日报 2019 09 10 008 12 芦晓春 新技术种出高品质番茄 N 农民日报 2019 06 05 008 檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱 檱 檱 檱 檱 檱 檱 檱 檱 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